[發(fā)明專利]一種基于信號稀疏重構(gòu)的玻璃藥瓶內(nèi)氣體濃度檢測方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911260200.X
• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號: CN111024650B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅旗舞;江韋強(qiáng);陽春華;桂衛(wèi)華;宋操
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G06F17/14
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 楊萍

1.一種基于信號稀疏重構(gòu)的玻璃藥瓶內(nèi)氣體濃度檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、基于TDLAS/WMS技術(shù)對玻璃藥瓶進(jìn)行檢測，獲得單周期的二次諧波信號S1；

步驟2、對二次諧波信號S1進(jìn)行周期延拓，獲得包含t個(gè)周期的二次諧波信號S2；

其中，周期延拓后的二次諧波信號數(shù)據(jù)長度為N＝t×α，二次諧波信號S1含有α個(gè)采樣點(diǎn)，二次諧波信號的頻率為f，設(shè)置采樣頻率F_s，則離散傅里葉變換的頻率分辨率為Δf＝F_s/N，需滿足Δf≤f；

步驟3、對二次諧波信號S2進(jìn)行離散傅里葉變換，得到頻譜圖；

步驟4、在頻譜圖上提取二次諧波信號中心頻點(diǎn)及其鄰近倍頻點(diǎn)處的譜線分量，再將提取的譜線分量進(jìn)行離散傅里葉逆變換，即得到重構(gòu)后的二次諧波信號S3；

步驟5、基于二次諧波信號S3的峰值/峰峰值得到玻璃藥瓶內(nèi)氣體濃度；

所述步驟1中，基于TDLAS/WMS技術(shù)對玻璃藥瓶進(jìn)行一次檢測，獲取L個(gè)單周期的二次諧波信號S1；

對每個(gè)單周期的二次諧波信號，分別執(zhí)行步驟2～3，獲得其對應(yīng)的頻譜圖；

所述步驟4中，在L個(gè)頻譜圖上分別提取二次諧波信號中心頻點(diǎn)及其鄰近倍頻點(diǎn)處的譜線分量，對提取出來的譜線分量依頻點(diǎn)對應(yīng)平均得到L個(gè)二次諧波信號所對應(yīng)的1個(gè)平均頻譜圖；將平均頻譜圖進(jìn)行離散傅里葉逆變換，得到重構(gòu)后的二次諧波信號S3；

其中，所述二次諧波信號中心頻點(diǎn)及其鄰近倍頻點(diǎn)是指0*f、1*f、2*f、…、h*f，其中，f為二次諧波信號中心頻點(diǎn)，h為選擇的鄰近倍頻點(diǎn)個(gè)數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號稀疏重構(gòu)的玻璃藥瓶內(nèi)氣體濃度檢測方法，其特征在于，重復(fù)進(jìn)行K次步驟1～步驟4，獲得K個(gè)重構(gòu)后的二次諧波信號S3；所述步驟5中，基于K個(gè)重構(gòu)后的二次諧波信號S3的峰值/峰峰值的平均值得到玻璃藥瓶內(nèi)氣體濃度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號稀疏重構(gòu)的玻璃藥瓶內(nèi)氣體濃度檢測方法，其特征在于，所述步驟1中，基于TDLAS/WMS技術(shù)對玻璃藥瓶進(jìn)行檢測，獲得原始二次諧波信號后，采用信號調(diào)理電路對檢測到的原始二次諧波信號進(jìn)行濾波處理，進(jìn)而獲得單周期的二次諧波信號S1；

所述信號調(diào)理電路包括衰減反相電路、限帶濾波電路和電平搬移電路，用于依次對檢測到的原始二次諧波信號進(jìn)行幅值衰減和反相處理、帶通濾波處理和電平搬移處理，以與后一級的信號采集電路輸入端電平匹配。

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的基于信號稀疏重構(gòu)的玻璃藥瓶內(nèi)氣體濃度檢測方法，其特征在于，將其內(nèi)氣體濃度已知的玻璃藥瓶作為樣本；對樣本執(zhí)行步驟1～4，得到其相應(yīng)的二次諧波信號S3的峰值/峰峰值數(shù)據(jù)；基于樣本內(nèi)氣體濃度數(shù)據(jù)，以及樣本對應(yīng)的二次諧波信號S3的峰值/峰峰值數(shù)據(jù)，擬合得到玻璃藥瓶內(nèi)氣體濃度與二次諧波信號S3的峰值/峰峰值的關(guān)系式；對于待測的玻璃藥瓶，對其執(zhí)行步驟1～4，得到其相應(yīng)的二次諧波信號S3的峰值/峰峰值數(shù)據(jù)，代入擬合得到的關(guān)系式，計(jì)算得到待測的玻璃藥瓶內(nèi)氣體濃度。

5.一種基于信號稀疏重構(gòu)的玻璃藥瓶內(nèi)氣體濃度檢測裝置，其特征在于，采用權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的基于信號稀疏重構(gòu)的玻璃藥瓶內(nèi)氣體濃度檢測方法進(jìn)行玻璃藥瓶內(nèi)氣體濃度檢測；

所述裝置包括二次諧波檢測電路和處理電路；所述二次諧波檢測電路用于執(zhí)行所述步驟1；所述處理電路用于執(zhí)行所述步驟2～5；

所述二次諧波檢測電路包括信號調(diào)理電路；所述信號調(diào)理電路包括衰減反相電路、限帶濾波電路和電平搬移電路；基于TDLAS/WMS技術(shù)對玻璃藥瓶進(jìn)行檢測獲得原始二次諧波信號后，通過衰減反相電路、限帶濾波電路和電平搬移電路依次對檢測到的原始二次諧波信號進(jìn)行幅值衰減和反相處理、帶通濾波處理和電平搬移處理，進(jìn)而獲得單周期的二次諧波信號S1；

所述電平搬移電路中電平基準(zhǔn)芯片包括接地端1、信號輸入端、使能端、接地端2、懸空端、參考電壓輸入端、接地端3和接地端4，所述接地端1至4全部接地，所述信號輸入端和使能端經(jīng)電感L8接至3.3V電壓源，并設(shè)置旁路電容C54接至地以去除電源高頻噪聲；所述懸空端懸空；所述參考電壓輸出端設(shè)置2個(gè)旁路電容C55和C56以去除電源高頻噪聲，經(jīng)過兩個(gè)電阻R94和R93分壓后連接至R96，而后輸入至OPA2277的同相電壓輸入端，電阻R96阻值與OPA2277反相輸入端連接的電阻R92相等以平衡運(yùn)算電路直流偏置，所述芯片OPA2277包括同相電壓輸入端、反向電壓輸入端、正負(fù)電源供給端和信號輸出端，所述反向電壓輸入端中的一路通過電阻R92與低通濾波電路中的輸出端HS5相連，另一路通過電阻R95與電容C58的并聯(lián)電路與信號輸出端相連，正電源供給端連接至3.3V電壓源并設(shè)置旁路電容C59以去除電源高頻噪聲，所述信號輸出端與另一個(gè)OPA2277運(yùn)放的同相電壓輸入端相連，所述OPA2277的反向電壓輸入端與信號輸出端連接，構(gòu)成輸出驅(qū)動(dòng)電路以待輸出最終信號調(diào)理后的二次諧波信號，所述正電源供給端通過L9連接至3.3V電壓源以去除電源高頻噪聲。